Ângela Machado Milach

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AQÜICULTURA

Ângela Machado Milach

Aplicação da modelagem como ferramenta de estudo para determinação do número de cercados de cultivo do camarão Farfantepenaeus paulensis

em baías rasas no estuário da Lagoa dos Patos, RS

Rio Grande, RS 2007

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AQÜICULTURA

Aplicação da modelagem como ferramenta de estudo para determinação do número de cercados de cultivo do camarão Farfantepenaeus paulensis

em baías rasas no estuário da Lagoa dos Patos, RS

Ângela Machado Milach

Dissertação apresentada como parte dos requisitos para obtenção do grau de mestre em Aqüicultura, no Programa de Pós Graduação em Aqüicultura da Fundação Universidade Federal do Rio Grande.

Orientador: Prof. Dr. Ronaldo O. Cavalli Co-orientador: Prof. Dr. Luis Henrique Poersch

Rio Grande, RS Fevereiro de 2007

ÍNDICE

RESUMO...vii

ABSTRACT...ix

1. INTRODUÇÃO...11

2. OBJETIVO GERAL...22

2.1 Objetivos específicos...22

3. ÁREA DE ESTUDO... .23

4. PRODUÇÃO DE PÓS-LARVAS DE CAMARÕES...26

5. ESTRUTURA DE CULTIVO (CERCADOS), POVOAMENTO E MANEJO...26

6. COLETA DAS AMOSTRAS...29

7. MEDIÇÕES DE VELOCIDADE DE CORRENTES...30

8. ELABORAÇÃO DOS MODELOS...31

8.1 Modelo conceitual...31

8.2 Modelo numérico...34

8.3 Seqüência de construção do modelo numérico...35

8.4 Medida do volume das enseadas...38

8.5 Calibração do modelo...41

9. VARIÁVEIS AMBIENTAIS...41

10. VENTOS E CIRCULAÇÃO ESTUARINA...47

11. VELOCIDADE DE CORRENTES E RENOVAÇÃO DE ÁGUA...50

12. CONSTRUÇÃO DO MODELO NUMÉRICO...52

12.1 Validação do modelo...59

12.2 Simulações do modelo...60

13. CONCLUSÕES... 77

14. SUGESTÕES...79

15. CONSIDERAÇÕES FINAIS... 81

16. BIBLIOGRAFIA... 84

Dedico este trabalho a minha mãe, em quem

me espelho todos os dias da minha vida.

AGRADECIMENTOS

- Agradeço a Deus e ao meu anjo da guarda por mais esta grande e desejada conquista.

- A minha mãe, minha maior incentivadora para o meu progresso.

- Ao meu orientador Ronaldo Cavalli que sempre me deu oportunidades para o meu crescimento e a quem considero um exemplo... muito obrigada!!!

- Ao meu co-orientador Luis Henrique Poersch por ser incansável em me ajudar e por sempre me ouvir, para ti com certeza faltam palavras... obrigada por tudo!!!

- Ao Mano, por ser tão contagiante e tão disposto em ajudar. Obrigada!

- Aos doutores Luis Henrique Poersch, Ronaldo Cavalli, Wilson Wasielesky e Milton Asmus, por aceitarem fazer parte da banca examinadora. E ao Dr. Milton Asmus ainda destaco minha admiração pelo seu trabalho desde o ínicio da graduação, quando fiz meu primeiro mini-curso, por coincidência ou não, de modelagem ambiental.

- A Profa. Graça Baumgarten que me ajudou tanto em minhas dúvidas e questionamentos.

- Ao Prof. Dr. Arion de Castro Kurtz dos Santos pelos grandes ensinamentos sobre a complexidade e a dinâmica de sistemas, que muito me ajudaram no desenvolvimento da tese. Obrigada. As Mestres Rita Veiga e a Tati pelas ajudas e ensinamentos sobre o Stella.

- Ao Dr. Carlos Roney Tagliani por sua ajuda “sem medidas”... muito obrigada!

- Aos meus colegas da Estação: Eduardo Ballester meu amigo, aqueles que me ajudaram nas amostragens (Tiago, Cíntia, Arnaldo, Diogo, Maurício, Hermes, Jana, Johny, Dariano, Carol e Santa Casa) valeu!. A todos que estiveram envolvidos na montagem dos cercados, obrigada. Ao Charles, Diana, Grazi Bio, Leandro, Gusta, Tati, Carla, Fernanda, Vivi, Marcelo Shei e Okamoto, Ricardo, Lisa, Getúlio e Zezinho que de alguma forma ajudaram no desenvolvimento da tese. Desculpas às pessoas que gostaria de nomear aqui...

- A todos os professores e responsáveis pela pós-graduação em Aqüicultura.

- Ao Silas e ao Lote da Ilha dos Marinheiros pela ajuda em todas as amostragens.

- A Tia Bia, Graziela, Aline e Mercedes, que me ajudaram ao longo da pós-graduação.

- Ao apoio financeiro do CNPq pela bolsa de pós-graduação.

- Ao meu noivo Leandro pelas ajudas nas amostragens e pelo companheirismo.

RESUMO

Na aqüicultura, o fluxo do nitrogênio pode atuar como um importante indicador das interações entre os cultivos e o ecossistema aquático. O entendimento destas interações engloba o conhecimento dos processos ecológicos e as estratégias de manejo dos cultivos.

Neste trabalho a modelagem é utilizada como uma ferramenta sinalizadora dos possíveis efeitos desta atividade. Este instrumento quando aplicado a aqüicultura, tem como finalidade melhorar a compreensão dos processos envolvidos, além de permitir estratificar momentaneamente as relações causais entre as variáveis, passando a existir como um mundo artificial e refletindo uma visão do mundo real. Com o objetivo de criar cenários para o cultivo do camarão-rosa Farfantepenaus paulensis em cercados com base do fluxo do nitrogênio na coluna d´agua, um modelo matemático foi construído. Este foi utilizado para estimar a liberação de nitrogênio pelos cercados e o número máximo destas unidades de produção que as enseadas, Coreia e Porto do Rei, no estuário da Lagoa dos Patos, RS, comportariam, sem comprometer a qualidade de água e a sustentabilidade do sistema. Para a construção do modelo numérico foi utilizado o software STELLA^TM v. 9.0.1 e o modelo foi rodado ao passo de tempo de 1 (DT). Para a calibração do modelo foram utilizadas informações sobre os camarões Litopenaeus vannamei e F. paulensis. Além disso, foram obtidas medidas em campo como dados de temperatura, salinidade, velocidade de correntes e as concentrações de nitrogênio foram provenientes de dados históricos. O modelo foi validado através do acompanhamento de cultivos de camarão em cercados na Ilha dos Marinheiros, Rio Grande, RS. Os valores das variáveis ambientais demonstraram ser propícios para que o ciclo de produção fosse completado com sucesso. Através de simulações, as predições do modelo foram, então, comparadas com os dados do cultivo. O valor da correlação entre os dados preditos e observados foi de 0,99. Vários cenários foram construídos para fornecer o número de cercados para as enseadas de acordo com as diferentes situações apresentadas. As simulações realizadas pelo modelo indicaram que é possível inserir até 509 cercados na enseada da Coreia e 683 no Porto do Rei de acordo com os valores escolhidos. No entanto, deve-se dispor os cercados no meio ambiente aquático com base em um cenário mais conservativo levando em conta o princípio da

precaução. Desta forma, o mais indicado seria a colocação dos cercados em um cenário de velocidade de corrente de 0,01m/s e 40% da influência da malha e do seu estado de colmatação possibilitando, assim, a colocação de 29 cercados na Coreia e 39 no Porto do Rei. Os resultados do modelo indicam com base nas suas simulações que o cultivo de camarão em cercados não seria uma fonte de problemas para as enseadas protegidas, contanto que o número de unidades não ultrapasse a capacidade de assimilação do ambiente, no que se refere à liberação de nitrogênio na coluna d’água. O modelo e suas simulações foram ferramentas valiosas e promissoras para predição de cenários de análises baseadas no nitrogênio, ampliando à compreensão sobre o comportamento e a interação do cultivo de F. paulensis e o meio ambiente aquático. Desta forma, o presente trabalho serve de base para estudos futuros que visem estimar a capacidade de suporte de corpos d’água em que a aqüicultura seja praticada.

Palavras – chave: modelagem; nitrogênio; cultivo de camarão; gerenciamento costeiro;

ABSTRACT

In aquaculture, nitrogen fluxes may be an important indicator of interaction between the cultures system and the aquatic ecosystem. The understanding of these interactions comprehends the knowledge of the ecological processes and the managing strategies of the culture. Modeling is used in this work as a tool to indicate possible effects of this activity.

When applied to aquaculture this tool may help improving the understanding of the processes involved in the activity. Moreover, it may also allow to momentarily stratifying the causal relationships between the variables, coming into existence as an artificial world and thus reflecting the vision of the real world. A mathematical model was built to create scenarios to the culture of pink shrimp Farfantepenaeus paulensis in water column nitrogen flux based pens. This model was used to estimate the release of nitrogen by the pens and the maximum number of these production units that the bays Corea and Porto do Rei on the estuary of the Lagoa dos Patos, RS, could hold without compromising the water quality and the system sustainability. For the construction of the numeric model, the software STELLA^TM v.9.01 was used and the model was run at the time step 1 (DT). For the calibration of the model, we used literature data from the shrimps Litopenaeus vanammei and F. paulensis. Furthermore field data were collected such as temperature, salinity, water flow dynamics and the nitrogen concentrations come from historical data. The model was validated through monitoring the shrimp cultures in pens in Ilha dos Marinheiros, Rio Grande, RS. The values of the environmental variables were found to be suitable for the successful completion of the production cycle. Through the simulations, the model predictions were compared to the culture data. The correlation value between the predicted and observed data was found to be 0.99. Many scenarios were then built to supply the number of pens to the bays according to the different situations presented. Simulations carried out by the model indicated that it is possible to insert up to 509 pens in the Corea bay and 683 in Porto do Rei according to the chosen values. However, the pens should be settled in the aquatic environment based on a more conservative scenario taking into account the precaution principle. This way, the best suggestion would be putting the pens in a 0,01 m/s water flow dynamics and 40% of the net influence and its excess fouling to

enable the collocation of 29 pens in Corea an 39 in Porto do Rei. The results of the model indicate based on its simulations that the pen shrimp culture would not be a problem to the protected bays, provided that the number of units do not out number the capacity of assimilation of the environment in what refers to the nitrogen liberation in the water column. The model and their simulations were valuable and promising tools to predict analysis based on the nitrogen. This approach may enlarge our comprehension about the behavior and the interactions of the culture of F. paulensis and the aquatic environment. In this way, the present work may be a basis to future studies which aim at estimating the supporting capacity of the water bodies in which the aquaculture is practiced.

Key-works: modeling; nitrogen; shrimp culture; coastal management;

1. INTRODUÇÃO

A pesca no estuário da Lagoa dos Patos é uma das atividades mais importantes no extremo sul do Brasil, embora seu forte declínio tem levando a sérias crises sócio- econômicas que afetam aproximadamente 50.000 pessoas envolvidas direta ou indiretamente nesta atividade tradicional (Haimovici et al. 1998). Os pescadores artesanais são os mais afetados uma vez que utilizam a safra do camarão-rosa (Farfantepenaeus paulensis Pérez-Farfante, 1967) como principal componente de seu orçamento e atualmente dependem exclusivamente da pesca deste crustáceo no estuário para sua sobrevivência (Reis et al. 1994). D´Incao e Reis (2002) destacam que as safras do camarão-rosa apresentam grandes flutuações quanto ao volume capturado, vindo a alcançar valores muito baixos, o que afeta a renda das pessoas ligadas ao setor. Além disso, o camarão-rosa, juntamente com a tainha (Mugil platanus Gunther, 1980), são consideradas as duas únicas espécies, das seis mais exploradas no estuário da Lagoa dos Patos, que ainda permanecem importantes economicamente.

Diante do atual quadro da pesca de F. paulensis neste estuário, a aqüicultura seria uma alternativa mitigadora dos problemas oriundos do declínio daquela atividade (Wasielesky et al. 2004) e, assim, uma opção para os pescadores artesanais da região (Wasielesky et al.

2003). Uma série de estudos vêm sendo realizados com esta espécie no sentido de fornecer subsídios técnicos para a atividade do cultivo na região, sempre guiando esta atividade a fim de manter a sustentabilidade do sistema (Wasielesky 1999, Wasielesky 2000, Wasielesky et al. 2001, Wasielesky et al. 2003, Wasielesky et al. 2004, Freitas 2003, Soares et al. 2004, Soares et al. 2005, Poersch, 2004, Peixoto 2004). Assim, pesquisas sobre o cultivo em sistemas de viveiros escavados (Peixoto et al. 2003) e em sistemas alternativos (cercados e gaiolas) no estuário da Lagoa dos Patos (Wasielesky 2000), podem representar uma nova perspectiva para a produção do camarão-rosa, gerando um incremento na economia da região sul. Nos cercados, os camarões são criados em ambiente natural por cerca de 3-4 meses, o que apresentaria benefícios em relação aos cultivos realizados em viveiros, principalmente com relação ao baixo custo e a renovação de água

constante, além de estarem de acordo com a realidade econômica dos pescadores (Wasielesky et al. 2003).

Existe uma pressão necessária para o desenvolvimento e a disseminação dos sistemas de cultivo de camarão que sejam ambiental e economicamente sustentáveis (Funge-Smith &

Briggs 1998), assim como de métodos de estudos dos efeitos dos cultivos ao meio ambiente que o cerca para com isto promover uma aqüicultura ambientalmente amigável (Lupatsh &

Kissil 1998). O cultivo de camarão em cercados pode ser considerado um exemplo destes sistemas, pois possibilita melhorar o quadro sócio-econômico, além de promover a prática de aqüicultura minimizando os possíveis impactos ambientais.

O desenvolvimento deste método alternativo de cultivo tem sido desenvolvido desde 1994, quando foi iniciada a prática da aqüicultura no estuário da Lagoa dos Patos. Segundo Wasielesky (2000), são grandes as potencialidades de pescadores artesanais usarem o cultivo do camarão como uma estratégia de diversificação econômica viável na região estuarina da Lagoa dos Patos, mais especificamente nas enseadas, uma vez que estas reúnem uma série de vantagens para a implementação destes cultivos alternativos. Dentre estas vantagens temos: águas ricas em nutrientes, grande disponibilidade de alimentos e ventos constantes que promovem a circulação de água. No entanto, Niencheski & Windom (1994) ressaltaram que estes locais também têm como características a baixa profundidade, menor circulação de água, e a retenção de nutrientes, que é o principal fator que contribui para as elevadas produtividades primária e secundária. Em função destas características, o mau gerenciamento dos sistemas de cultivo, no sentido de exceder a capacidade de suporte, poderia acarretar problemas ambientais graves para o meio ambiente e para o cultivo (Poersch 2004).

Para que a prática da aqüicultura em cercados se mantenha e tenha êxito faz-se necessário a conservação da qualidade de água. Esta é definida como a combinação de características químicas, físicas e biológicas, as quais têm influência direta ou não no crescimento e sobrevivência dos organismos cultivados. A qualidade de água é assim parte fundamental no cultivo de espécies aquáticas. A deterioração da água do sistema de cultivo pode ser extremamente prejudicial para os organismos ali cultivados (Arulampalam et al.

Os cercados se caracterizam por serem estruturas abertas e terem contanto direto com o meio ambiente natural, liberando a água inteiramente não tratada, assim como registrado por sistemas abertos como os tanques-rede (Rebecca & Triplett 1997 apud Siddiqui 2003).

Esta liberação de águas que passa pela unidade de cultivo vai ser denominada neste trabalho de efluente. Segundo a FEPAM (2007) estes são dejetos emitidos por atividades específicas como, por exemplo, a indústria o que subentende que o efluente chegaria ao seu destino através de uma canalização. Nesta mesma referência destaca-se a necessidade de tratamento especial para os efluentes. Assim o termo efluente não seria apropriado para os cultivos em cercados, mas neste trabalho vou utilizá-lo, com a conotação de liberação de águas que passam e são liberadas pelo cultivo.

A aqüicultura não só exige o suprimento de água limpa, mas também, o lançamento de água limpa, uma vez que é importante para o meio ambiente aquático em torno do sistema de cultivo e para sua própria sustentabilidade em função do reuso da água (Bunting 2001). Dentro deste contexto, a manutenção da qualidade de água é essencial para o sucesso dos cultivos e da produção, sendo que nos tradicionais viveiros de terra isto é geralmente obtido através de renovações diárias de água (Gomez-Galindo 2000) com o objetivo de evitar o acúmulo de metabólitos indesejáveis e possíveis processos de eutrofização no sistema de cultivo (Hopkins et al. 1993). Mesmo que a taxa de renovação de água tenha um efeito no sentido de manter a qualidade de água ela também tende a acarretar efeitos negativos, como a degradação das águas do ambiente adjacente pela descarga excessiva ou indiscriminada de nutrientes provenientes dos sistemas de cultivo, que transporta produtos fosfatados, nitrogenados e matéria orgânica (Clark 1996). Isto pode agravar alguns fenômenos como florações de microalgas e anoxia do ambiente, além de aumentar a eutrofização da água, colocando em perigo o desenvolvimento das espécies cultivadas e do restante do meio (Barnabé 1990).

Em sistemas abertos, como é o caso dos cercados, estima-se que os problemas relacionados à manutenção da qualidade de água devem ocorrer em menor escala do que nos viveiros (Poersch 2004). Aqueles, contudo, dependem das taxas de circulação de água que por sua vez dependem da dinâmica do local e do tamanho do ambiente no qual os cultivos estão inseridos (Dochoda et al. 1999 apud Siddiqui 2003). Quando o cultivo é

realizado em um ambiente com uma boa dinâmica, há uma redução dos efluentes, uma vez que os nutrientes são diluídos ao longo do tempo e do espaço (Pillay 1992).

O efluente depende de fatores como: a sua composição, a magnitude da descarga e as características do corpo d’água receptor, entre elas a taxa de diluição, o tempo de residência e a qualidade de água. (Primavera 1997, Beveridge et al. 1997, Páez-Osuna 2001a).

Emerson (1999) destaca que em locais onde as velocidades de correntes são maiores, a acumulação de produtos provenientes dos cultivos é minimizada pela dispersão hidrodinâmica. Assim, a seleção do local é um fator importante para mitigar a poluição costeira. González e colaboradores (2002), por exemplo, desenvolveram um modelo matemático para avaliar o impacto do cultivo de peixes facilitando, assim, a análise para seleção do local e otimizando os recursos necessários para planos de monitoramento.

Páez-Osuna (2001b) e Alonso-Rodrigues & Páez-Osuna (2003) relatam os impactos que a aqüicultura em viveiros acarreta em função dos aportes de nutrientes. Burford et al.

(2003) destacam que os efluentes da aqüicultura possuem altas concentrações de nutrientes, principalmente o nitrogênio e o fósforo, o que promove um processo acelerado de eutrofização. Emerson (1999) enfatiza que a eutrofização tem aumentado significativamente nas águas em torno dos tanques-rede afetando também os corpos d’água para onde vão os efluentes desta atividade. O mesmo autor, em seu estudo com peixes, ressalta que a excreção e os produtos fecais combinados com os nutrientes de alimento não consumido, aumentam os níveis de nutrientes acima do normal, criando um meio ambiente propício para a proliferação de algas. Na Escócia, cerca de 50.000 ton/ano de efluentes não tratados são geradas pelos cultivos de salmão em gaiolas e vão diretamente para o mar (Emerson 1999). Os cultivos de espécies aquáticas impõem assim um aporte extra de nutrientes ao ambiente.

O alimento e a forma como é fornecido têm sido identificados como as maiores fontes de poluentes nas operações da aqüicultura, uma vez que eles determinam à natureza e a quantidade de matéria orgânica e nutrientes na água de cultivo (Goddard 1996). Os alimentos utilizados na aqüicultura, normalmente contêm altos níveis protéicos, os quais geram produtos nitrogenados proporcionais à sua concentração (Tomasso 1994). A proteína

Briggs & Funge-Smith (1994) estimaram que a maior parcela do nitrogênio e fósforo que saem de viveiros de cultivo de camarão tem sua origem no alimento adicionado ao sistema.

A dissociação de alimento não consumido e os sub-produtos metabólicos (matéria fecal) resultam no aumento da carga destes nutrientes (Viadero et al. 2005), que são considerados os dois mais importantes nutrientes dos efluentes na aqüicultura (Axler et al. 1996).

As maiores fontes de produtos nitrogenados dos efluentes de cultivos consistem de processos de excreção, fezes e alimento não consumido (Ackefors & Enell 1994). Em cultivos intensivos de salmão em gaiolas considera-se que estas fontes são os maiores contribuintes (Chen et al. 1999). Cabe ressaltar, assim, que o aporte de nitrogênio nas águas costeiras, através dos efluentes de cultivo, é uma das maiores preocupações da prática da aqüicultura.

Quando o nitrogênio está em contato com o meio ambiente aquático, altera-se entre várias formas e estados de oxidação. Assim, o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes formas químicas: nitrogênio molecular (N2) em equilíbrio entre água e atmosfera, nitrogênio orgânico dissolvido ou particulado, nitrito (NO2-

), nitrato (NO3-

) e amônia (NH3

mais NH4

+), sendo que esta última forma surge da decomposição de proteínas, clorofilas e vários outros compostos nitrogenados (Von Sperling 1996). Por convenção, diversos autores têm concordado em chamar NH4+

de amônia ionizada e o NH3+

de amônia não- ionizada. Por outro lado, a soma de NH3+

+ NH4⁺ pode ser chamada simplesmente de amônio, amônia total ou nitrogênio amoniacal. O nitrogênio na forma livre ou não ionizada é considerado a forma mais tóxica. O nitrato é a forma oxidada mais estável do nitrogênio sendo um importante nutriente dissolvido para os produtores primários (Baumgarten &

Pozza 2001). E o nitrogênio total, nada mais é do que a soma do nitrogênio orgânico dissolvido e particulado, nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato (Pádua 1996).

O processo de degradação da matéria orgânica é lento até a obtenção do produto final.

Logo o nitrogênio pode ser considerado um fator limitante para a produtividade nos ecossistemas marinhos (Baumgarten & Pozza 2001), ao contrário do fósforo, que é considerado o principal fator limitante na grande maioria das águas continentais (Esteves, 1998). Por isto é de alta relevância que se use o nitrogênio na avaliação da produção de organismos aquáticos. Lefebvre et al. (2001) e Burford & Lorenzen (2004) ressaltam que o

nitrogênio desempenha um papel chave na dinâmica dos sistemas de aqüicultura devido ao seu duplo papel como nutriente e tóxico.

Há vários motivos para justificar a utilização do nitrogênio como fonte de estudo de um sistema, entre eles:

♦ O nitrogênio é o principal construtor das proteínas, um dos componentes básicos da biomassa (Esteves 1988) e tal produção é seguramente o principal objetivo da aqüicultura;

♦ O nitrogênio tem importantes implicações fisiológicas na saúde e no crescimento. Excesso de nitrogênio na forma de amônia (NH3

+), amônio (NH4

+) ou nitrito (NO2) podem ser tóxicos para os organismos aquáticos (Hargreaves 1998);

♦ A produção primária e a eutrofização em áreas costeiras são principalmente controladas pelo nitrogênio (Ryther & Dunstan 1971);

♦ O excesso de nitrogênio nos ecossistemas pode ter importantes implicações na contribuição de blooms de fitoplâncton os quais podem ser tóxicos e afetar os recursos do corpo d’água e do próprio cultivo (Hodgkiss & Ho 1997);

♦ Os alimentos formulados para a aqüicultura possuem a farinha de peixe e o farelo de soja como as principais fontes de proteína, os quais têm um alto conteúdo de nitrogênio (Gomez-Galindo 2000);

♦ Os compostos nitrogenados influenciam fortemente a qualidade de água na aqüicultura (Gomez-Galindo 2000);

♦ O nitrogênio é um dos elementos mais importantes no metabolismo de ecossistemas aquáticos (Esteves 1988), sendo considerado, assim, essencial aos organismos, não podendo ser substituído ou reduzido substancialmente.

Como resultando dessas características, o nitrogênio é considerado um importante integrador entre a qualidade de água e os processos de produção da aqüicultura. Gomez- Galindo (2000) relata que a produção da aqüicultura é suportada de forma significativa pelos fluxos de nitrogênio como um nutriente que promove o crescimento de algas e organismos cultivados.

O nitrogênio é, assim, um nutriente importante nas interações entre a produção dos

fluxos de nitrogênio nos sistemas de aqüicultura ligam os cultivos e o meio ambiente que o cerca através da alimentação, fertilização, afluentes e efluentes, biofixação e pelos nutrientes perdidos para a atmosfera e sedimentos, volatilização e mineralização, respectivamente. A intensificação dos processos de criação dos organismos aquáticos, no que diz respeito ao aumento do número de unidades de produção, implica em uma alta ocorrência do fluxo de nitrogênio dentro e fora dos sistemas de cultivo através, por exemplo, da alimentação, renovação de água e despesca. Há poucos estudos que relatem os fluxos e processos do nitrogênio nos diferentes sistemas de cultivos (Gomez-Galindo 2000).

Como relatado anteriormente, os compostos nitrogenados podem entrar e sair do sistema nas formas orgânicas e inorgânicas, ou através de processos naturais como a fixação de nitrogênio e a volatilização da amônia, ou ainda pelas práticas de manejo como a alimentação ou a renovação de água. A prática da alimentação representa a maior entrada de nitrogênio no sistema, cerca de 90% em sistemas semi-intensivos e intensivos de criação de camarões (Briggs & Funge-Smith 1994, Hargreaves 1998), dependendo da qualidade e quantidade da ração fornecida.

Os valores de retenção de nitrogênio pelos organismos têm uma ampla variação (Montoya et al. 1999). Funge-Smith & Briggs (1998) encontraram valores de assimilação em torno de 17%, já Velasco et al. (1998) observaram uma assimilação de 63% de nitrogênio quando foi fornecida uma dieta semipurificada. Valores típicos de retenção de nitrogênio estão em torno de 20-40% (Phillips et al. 1993), estando o restante disponível para assimilação de bactérias e fitoplâncton. Por sua vez o nitrogênio ingerido mas não incorporado pelo camarão pode ser considerado perdido e representar um problema a ser gerenciado (Lorenzen 1999). O nitrogênio que não foi utilizado pelos camarões para o crescimento é excretado através das brânquias ou liberado como fezes (Handy & Poxton 1993).

Felizmente, há consciência de que os sistemas de aqüicultura dependem da integridade dos ecossistemas e têm limites, principalmente com relação à assimilação dos sub-produtos de um sistema de cultivo (Beveridge et al. 1997). Os ecossistemas naturais possuem certa capacidade de assimilação intrínseca. Contudo, o lançamento de matéria orgânica e/ou

inorgânica pode resultar em severos episódios de poluição quando os lançamentos antropogênicos, no caso os sistemas de cultivo, superam as fontes naturais, ultrapassando a capacidade de absorção, reciclagem e depuração do corpo hídrico (Miranda 1997). A fim de melhorar o entendimento do elo entre a qualidade ambiental e a produção nos sistemas de cultivo, é importante entender as relações subjacentes entre os dois. Este conhecimento permite que processos significativos nos sistemas de produção sejam identificados e estratégias de gerenciamento adequadas sejam derivadas (Funge-Smith 1996). Na teoria dos sistemas, o termo processo é entendido como a sucessão de estados ou de mudanças de um sistema que se transforma ou evolui ao longo do tempo (Bertalanffy 1968). Esta teoria é entendida como uma “nova” forma de se estudar os sistemas dinâmicos, levando-se em conta não apenas as relações causais entre os pares de variáveis, mas o comportamento do sistema como um todo. Um sistema pode ser definido então como um complexo de elementos interativos. Ele consiste em componentes interdependentes que interagem regularmente e formam um todo unificado.

Atualmente, devido ao crescimento expressivo da produção de crustáceos, a literatura aponta para a necessidade de se avaliar através da dinâmica de sistemas, a performance dos sistemas de aqüicultura de forma mais integrada (Gomez-Galindo 2000).

Neste contexto, a modelagem é considerada uma ferramenta poderosa para se compreender os processos de dinâmica dos sistemas, testar hipóteses e sintetizar estudos empíricos (Lorenzen et al. 1997). Gomez-Galindo (2000) destaca a importância desta ferramenta para descrever a integração dos sistemas de cultivo com o meio ambiente aquático e os processos que ocorrem ao longo do ciclo de produção. A utilização da modelagem na aqüicultura visa avaliar os cultivos como unidades sistêmicas, com o objetivo de superar as pesquisas individuais e desconectadas, podendo fornecer assim maior conhecimento, compreensão e inferência sobre a estrutura e funcionamento dos sistemas de cultivo.

Desta forma, na prática da aqüicultura a modelagem é utilizada para responder a uma série de questionamentos e para examinar os efeitos de estratégias de gerenciamento dos cultivos (Burford & Lorenzen 2004). González et al. (2002), ressaltam que a modelagem

sistema. Rondón et al. (2002) destaca que a utilização da modelagem computacional é apresentada como ferramenta nas tomadas de decisão, relacionando sistemas complexos e cotidianos na produção e pesquisa.

Neste trabalho, a modelagem foi utilizada com o intuito de servir como um instrumento para cristalizar momentaneamente as relações causais entre as interações decorrentes do ciclo de produção dos cultivos, passando a existir, desta forma, como um mundo artificial.

Este mundo, por sua vez, passou a ser um objeto de análise que permitiu a exploração das ligações entre as variáveis que posteriormente foram revertidas em resultados possibilitando, assim, a visão do mundo real.

A justificativa principal para a utilização de ambientes de modelagem pode ser dada pelo fato de que através da expressão e construção de modelos, pode-se desenvolver o seu próprio entendimento a cerca do funcionamento de sistemas dinâmicos (Riley 1990).

(Neellamkavil 1987 apud Kurtz dos Santos 1995) destaca que a modelagem nada mais é do que o processo que estabelece relações entre entidades importantes do sistema, podendo ser concebida como um processo de construção do modelo.

No processo de modelagem, os modelos são considerados ferramentas que representam um fenômeno através da descrição formal de suas entidades, relações e processos, permitindo assim suas simulações (Furtado 2003). Jorgensen (1994) destaca que os modelos são representações simplificadas da realidade, que sintetizam os principais atributos de um sistema complexo, relevantes ao problema a ser elaborado. Definem-se modelos, então, como uma formulação que imita um fenômeno real e pelo qual se podem criar cenários dos sistemas em questão. Estes são definidos como construções teóricas ou experimentais que simulam eventos ou situações reais, de modo a estudar seu desenvolvimento e conseqüências, especular sobre suas possibilidades e avaliar os possíveis impactos ambientais, por exemplo. Um modelo é, assim, uma representação conceitual de um mundo real (Odum 1983).

Segundo Smyth (1998) um modelo ambiental pode ser pensado como um micro-mundo definido por uma ontologia que consiste em um conjunto de entidades que o habitam, uma estrutura temporal, uma estrutura espacial, regras de comportamento e uma lógica. As entidades caracterizam a paisagem do micro-mundo como exemplo, os corpos d’água e a

escolha das entidades que farão parte de um modelo dependem, principalmente, do intuito com o qual o modelo será construído e do domínio ao qual ele se aplicará.

Um modelo não é bem um “modelo da realidade”, mas sim um modelo de sistema conceitual, criado por uma interpretação específica baseada em um referencial teórico elaborado (Skovsmose 1988). Kurtz dos Santos et al. (2002) ressaltam que os modelos têm um poder preditivo no sentido de entender e antecipar o comportamento dos sistemas a serem estudados. Estes são chamados modelos de simulação, são aqueles que procuram

“simular” ou “imitar” o comportamento dos componentes do sistema simulado em relação a uma variável independente, normalmente representada pelo tempo. São, portanto, dinâmicos e interativos (Asmus & Kalikoski 1999).

Na aqüicultura os modelos vêm sendo elaborados para responder a uma série de questões, estudar o comportamento dos sistemas, permitir práticas de gerenciamento mais eficazes e predizer as respostas do sistema em função das forças que o controlam. Entre os trabalhos que têm sido realizados podemos citar os modelos de crescimento de espécies aquáticas, entre elas, Salmão do Atlântico (Salmo salar Linnaeus, 1758) (Elliott & Hurley 1997), camarão tigre (Penaeus monodom Fabricius, 1798) (Jackson & Wang 1998), abalone verde (Haliotis laevigata Donovan, 1808) (Reaburn & Edwards 2003) e camarões peneídeos (Franco et al. 2006), modelos de dinâmica do oxigênio (Ginot & Hervé 1994, Culberson & Piedrahita 1996), modelos de dispersão de nutrientes dos sistemas de cultivo (Dudley et al. 2000, González et al. 2002, Pérez et al. 2002), modelos de dinâmica do nitrogênio em viveiros de cultivo (Lorenzen et al. 1997, Hargreaves 1998, Montoya et al.

1999, Gomez-Galindo 2000, Jamu & Piedrahita 2002a, Jiménez-Montealegre et al. 2002), modelos para avaliar o impacto dos cultivos sobre organismos bentônicos (Henderson et al.

2001, Cromey et al. 2002) e sobre o ecossistema pela carga de nitrogênio e fósforo lançado no meio ambiente aquático (Islam 2005), modelos para avaliar a capacidade de carga do ecossistema que recebe efluentes dos cultivos e (Duarte et al. 2003, Stigebrendt et al. 2004, Jiang & Gibbs 2005, Mckindsey et al. 2006) e modelos como suporte para práticas de zoneamento (Congleton et al. 1999, Arnold et al. 2000, Nath et al. 2000, Pérez et al. 2003, Freitas 2003).

Vale ressaltar que os modelos são elaborados com objetivos semelhantes para todos aqüicultores, que visam gerenciar melhor os seus sistemas de cultivo. No entanto, as condições regionais são em sua grande maioria distintas. Assim, modelos são elaborados e vendidos comercialmente, mas nem sempre suas predições vão refletir em um outro sistema de dinâmica distinta. Desta forma, com o objetivo de elaborar um modelo específico para as condições de cultivo da espécie F. paulensis no estuário da Lagoa dos Patos, este estudo foi realizado. O diferencial deste trabalho, em relação ao estudo de Poersch (2004), consiste em gerar um modelo numérico com valores mais precisos no sentido de gerar um modelo mais fidedigno e condizente com a realidade, através do ajuste de algumas variáveis e simulações com valores distintos de velocidade de corrente e de influência da malha.

Trata-se de um estudo quantitativo integrado dos processos que atuam na interação do sistema de cultivo com o meio ambiente aquático que o cerca, sendo realizado através de um modelo matemático de simulação. Com a finalidade de propor estratégias de gerenciamento para os cultivos no recurso hídrico em questão, respeitando a capacidade de carga do sistema e com o intuito de difundir e avançar a prática dos cultivos, este trabalho foi desenvolvido no sentido de fornecer informações sistêmicas, criando cenários para o cultivo do camarão-rosa F. paulensis com base do fluxo do nitrogênio na coluna d’água.

2. OBJETIVO GERAL

O presente estudo busca estimar, através de um modelo numérico, a quantidade de nitrogênio liberado pelos cultivos de camarão em enseadas no estuário da Lagoa dos Patos e, desta forma, determinar o número máximo de unidades de produção que este ambiente comportaria sem comprometimento da qualidade de água e da sustentabilidade do sistema.

2.1 Objetivos específicos

1) Elaborar de um modelo conceitual para a representação de informações dos componentes estruturais que integram o sistema de cultivo e o meio ambiente aquático, quanto ao fluxo de nitrogênio neste sistema.

2) Caracterizar e analisar os processos e principais funções motrizes que regem as dinâmicas dos processos ao longo do ciclo de produção.

3) Integrar estes processos através da elaboração de um modelo matemático de simulação.

4) Realizar exercícios de simulação para avaliar o comportamento do sistema em estudo (integração do cultivo e meio ambiente aquático), quanto às passagens de nitrogênio no sistema.

3. ÁREA DE ESTUDO

O estuário da Lagoa dos Patos situa-se na sua porção meridional (31° 50’º a 32° 10’S e 52º 10’W, RS, Brasil) e possui um volume de 1,65·10⁹ e área de 963,8km², representando aproximadamente um décimo da área da laguna. No estuário existe uma troca de água com o Oceano Atlântico através de um canal de 20km de comprimento e 0,5-3km de largura (Bonilha & Asmus 1994), o qual recebe água de cerca da metade do estado do Rio Grande do Sul e do norte do Uruguai através de uma bacia hidrográfica (Bonilha 1996). Os dois principais ambientes estuarinos são o corpo d’água central e as baías rasas e protegidas (Bonilha & Asmus 1994). Castello (1985) ressalta que as feições predominantes nas margens dos estuários são as enseadas, com profundidades que variam de 50cm a 3m de profundidade e que segundo Bonilha (1996), ocupam 31,6% da área do estuário.

Seeliger e Kjerfve (2001) destacam que as principais variáveis que regem a hidrodinâmica do estuário da Lagoa dos Patos são a descarga fluvial, marés e ventos.

Contudo, a atuação das marés é pequena, dado que a sua ação é de baixa amplitude com uma média de 0,47m (Mata & Möller 1993). A região da Lagoa dos Patos é influenciada por um regime de ventos predominantemente NE-SW. Estes ventos sopram ao longo deste eixo principal que há muito tempo são identificados como o principal fator forçante do sistema da Lagoa dos Patos (Von Ihering 2003). Eles controlam de forma decisória os processos de circulação, a distribuição de salinidade e os níveis de água (Garcia 1998). Este autor destaca que a dinâmica das águas deste estuário não é só comandada pela ação dos ventos, mas também pelos ciclos hidrológicos da bacia de drenagem. As características hidrográficas deste estuário são ligadas e dominadas por estes ciclos hidrológicos, sendo que o estuário é influenciado, além da entrada de água salgada pelo canal da barra, pelas entradas de água doce do canal São Gonçalo. Através da construção de um modelo hidrológico numérico, Möller et al. (1996) comprovaram o mecanismo de funcionamento de descarga da Lagoa dos Patos, o qual ocorre da seguinte forma: com a atuação de ventos nordeste há uma tendência do nível da laguna se elevar na porção sul, próximo à desembocadura, e a rebaixar o nível do mar na região costeira adjacente, produzindo fortes fluxos de vazante. O oposto ocorre com ventos de quadrante sul, que rebaixam o nível da

laguna na sua porção sul e elevam o nível do mar, produzindo fortes fluxos de enchente.

Assim, os ventos de quadrante norte, especialmente NE, e o aumento da precipitação na bacia hidrográfica geram no sistema um regime de fluxo vazante e ventos de quadrante sul, principalmente os de direção SW, favorecem a penetração de água salgada pela barra de Rio Grande caracterizando no sistema um regime de fluxo enchente (Möller & Casting 1999). O vento nordeste é predominante ao longo de todo o ano, principalmente durante a primavera e o verão (Calliari. 1980). Já ventos de quadrante sul, principalmente de sudoeste, têm maior ação no outono e no inverno (Möller & Casting 1999).

Desta forma, o efeito eólico é caracterizado por alterar ou amplificar os desníveis entre as duas massas de água, estando as magnitudes dos efeitos diretamente relacionadas com a força e a durabilidade do vento, e com o estado do nível da lagoa (Rodrigues 1903 apud Bonilha 1996). Este autor relatava que não existiam estudos relacionados à circulação das enseadas protegidas do estuário da Lagoa dos Patos, mas recentemente Monteiro et al.

(2005) e Giordano et al. (2006) começaram a estudar a hidrodinâmica destas enseadas.

Ambos os estudos utilizaram modelos matemáticos para predizer padrões de circulação.

Assim, embora a compreensão sobre a hidrodinâmica do sistema estuarino e suas enseadas ainda seja limitada, é evidente que o clima regional e os ciclos hidrológicos são as principais forçantes que controlam os padrões de circulação do estuário da Lagoa dos Patos (Garcia 1998).

O presente estudo foi realizado em dois pontos distintos da Ilha dos Marinheiros, localizada no estuário da Lagoa dos Patos (Figura 1) na Coreia (S 31º 58’ 57.9” W 52º 09’

16.9’’) e no Porto do Rei (S 32º 00’ 12.8” e W 52º 06’ 05.3’’) (Figura 2). Estes pontos, que caracterizam o interior dos cercados de estudo foram localizados geograficamente com um sistema de posicionamento global (GPS). Na localidade do Porto do Rei, o corpo d’água em que o cultivo foi realizado apresenta uma maior dinâmica por estar de frente para a cidade do Rio Grande e de frente para um canal de navegação (Almeida 2002). Já a Coreia (Figura 3) se caracteriza por ser uma enseada mais protegida, com dinâmicas de circulação de água menos acentuadas.

Figura 1 - Imagem de satélite do estuário da Lagoa dos Patos (Fonte Livro Areias do Albardão: um guia ecológico ilustrado do litoral no extremo sul do Brasil), destacando a localização da área de estudo enseadas do Porto do Rei e Coreia, Ilha dos Marinheiros, RS.

Figura 2 - Cultivo em cercados na localidade do Porto do Rei, Ilha dos Marinheiros, Rio Grande, RS.

Figura 3 - Cultivo em cercados localidade da Coreia na Ilha dos Marinheiros, Rio Grande, RS

4. PRODUÇÃO DE PÓS-LARVAS DE CAMARÕES

A produção de pós-larvas do camarão F.paulensis foi realizada seguindo os procedimentos básicos apresentados por Marchiori (1996) no Laboratório de Maricultura, Estação Marinha de Aqüicultura Prof. Marcos Alberto Marchiori (EMA), do Departamento de Oceanografia da Fundação Universidade Federal do Rio Grande (FURG), localizada no balneário Cassino, município de Rio Grande, RS (Figura 4). As etapas de produção dos camarões até sua transferência para o ambiente foram realizadas no Setor de Carcinocultura da EMA. Em campo, o estudo foi realizado na Porto do Rei e na Coreia, ambas enseadas localizadas na Ilha dos Marinheiros, no estuário da Lagoa dos Patos, RS.

Figura 4 - Estação Marinha de Aqüicultura Prof. Marcos Alberto Marchiori (EMA), da Fundação Universidade Federal do Rio Grande.

5. ESTRUTURA DE CULTIVO (CERCADOS), POVOAMENTO E MANEJO

Para o cultivo do camarão F. paulensis foram utilizados dois cercados de acordo com a fase de cultivo da espécie. O cercado berçário, com 200m² de área de fundo e 15m de diâmetro, e os cercados de engorda de 3.100m² (0,3 hectare) e 62m de diâmetro. Ambos tinham altura de 2,1m e formato circular (Figura 5).

Figura 5 - Estruturas de cultivo do camarão-rosa Farfantepeaneus paulensis: cercado berçário (esquerda) e cercado de engorda (direita).

Primeiramente foram construídos os cercados berçários e, posteriormente, os cercados de engorda em torno dos cercados berçários. Quando os camarões atingiram peso médio de 0,35g os berçários foram desmontados as pós-larvas foram liberadas no cercado de engorda. O material utilizado para a construção dos cercados de engorda foi uma panagem de poliéster revestido de PVC (SANSUY^®), com abertura de 5mm, caracterizada por ter alta durabilidade e resistência a raios UV e UVB. Os cercados eram sustentados por bambus a cada 0,5m, para dar forma à estrutura. É importante ressaltar que o material utilizado é de baixo custo e fácil aquisição, para facilitar a implementação e manutenção dos cercados pelos próprios pescadores (Wasielesky, 2000).

Na localidade da Coreia, o povoamento (Figura 6) foi realizado no dia 30/01/2006 e o cercado de engorda montado em 25/03/2006. Neste foram efetuadas sete amostragens tanto para determinação de velocidade de correntes e coleta de água. Na Coreia, como a montagem dos cercados de engorda foi mais tarde que no Porto do Rei, a última amostragem foi efetuada em 04/05/2006, poucos dias antes da despesca.

Figura 6 - Povoamento do cercado berçário na localidade da Coreia.

Já no Porto do Rei o cercado berçário foi povoado no dia 23/01/2006 e o cercado de engorda montado no dia 20/02/2006 (Figura 7), sendo realizadas seis amostragens para as medições de velocidade de corrente e para coleta de água, com intervalos de uma semana.

A última amostragem foi realizada em 28/03/2006.

Figura 7 - Montagem do cercado de engorda no Porto do Rei.

Em laboratório pós-larvas de 30 dias, ou seja, PL30, foram transferidas para o ambiente, aonde foram aclimatadas às condições locais, sendo então liberadas nos cercados berçários.

Tanto após a montagem dos cercados berçários como os de engorda, foi feita à eliminação de predadores naturais do camarão, como siris e peixes, através de arrastos e armadilhas. O cercado berçário foi povoado com 60.000 PLs e quando estas foram

cultivos em cercados se caracterizam por ter um ciclo de produção de cerca de 120 dias, dependendo das condições ambientais. Neste experimento a despesca ocorreu aos 90 dias.

A alimentação era constituída de ração comercial (Purina MR-35^®) e rejeitos de pesca, que em sua maioria era composto de siris, peixes e camarões, na proporção de 30 e 70%, respectivamente. Tanto a ração como o rejeito foram fornecidos a lanço três vezes ao dia. A alimentação natural do ambiente de cultivo se deu pelo consumo de organismos zooplantônicos, bentônicos e larvas de peixes existentes no meio de cultivo, bem como os organismos fixados na panagem da rede (biofilme). No início do cultivo, a alimentação era fornecida em cerca de 30% da biomassa dos camarões, diminuindo ao longo do crescimento dos camarões até chegar a 2% da biomassa.

6. COLETA DAS AMOSTRAS

Para diagnosticar a possível interferência do cultivo em cercados de F. paulensis quanto à liberação de nitrogênio no meio ambiente aquático foram coletadas amostras de água nos cercados de engorda, que se caracterizam por receber maior quantidade de alimento ao longo do ciclo de produção. Foram retiradas 250ml de água em cada ponto amostral (Figura 8) e as amostras foram tomadas a distâncias de 5, 15, 30 e 100m a partir da liberação do efluente dos cercados, sendo o último denominado de ponto externo, aonde não havia influência das estruturas de cultivo na circulação da água. Em todos os cercados, a localização dos pontos amostrais foi definida levando-se em conta a corrente de água predominante do local.

Figura 8 - Amostra de água no ponto controle para análise.

Após a coleta das amostras, essas garrafas eram armazenadas em uma caixa de isopor com gelo, sendo em seguida transportadas para a EMA onde eram acondicionadas em um freezer (-20ºC) para posterior análise. As análises para determinação de nitrogênio total, adaptado para o método Kjeldahl total (NKT), foram realizadas no laboratório Bioensaios, em Porto Alegre, RS. Este método tem sido utilizado desde 1883 (Yasuhara e Nokihara 2001) e tem como principal vantagem o uso de uma aparelhagem extremamente simples e pouco onerosa. Contudo, a maioria dos resultados desta análise foram de 10 a 20 vezes maior em relação aos valores normalmente encontrados para o estuário da Lagoa dos Patos, que giram em torno de 0,05 a 1,15mg/L (Niencheski comunicação pessoal)¹. Estes valores podem ser considerados elevados em função da ineficiência do método. Mesmo assim, os valores encontrados nas análises estão dentro do indicado pela legislação. Cabe ressaltar que os valores poderiam ter sido ainda maiores por não registrarem a contribuição de nitrito e nitrato. Além disso, os dados não variaram ao longo do tempo, o que era esperado devido a alimentação que aumenta com o decorrer do cultivo. Dentro deste contexto, a solução encontrada foi utilizar os dados históricos de nitrogênio total do trabalho de Poersch (2004), que retrata valores condizentes para os ambientes estuarinos da Lagoa dos Patos.

7. MEDIÇÕES DE VELOCIDADE DE CORRENTES

As velocidades das correntes foram obtidas nos ambientes de cultivo pela medição in situ e posteriormente foi realizada uma estimativa da taxa de renovação de água nos cercados, através da relação entre a área percorrida e o tempo de deslocamento. Nesta estimativa partiu-se da premissa de que a corrente era constante durante as 24 horas do dia.

Nos trabalhos de Almeida (2002) e Martins (comunicação pessoal)², os valores de velocidade de corrente foram determinados utilizando uma garrafas plásticas para mensurar os valores de velocidade de corrente. Neste trabalho, assim como o de Almeida (2002) utilizou-se uma garrafa pet de 2 litros preenchida com água do meio ambiente em que o

1 Nienchieski. L.F. (Professor do Departamento de Química da Fundação Universidade Federal do Rio Grande – FURG). Comunicação pessoal, 2007.

2 Martins, F. (Pesquisador na Escola Superior de Tecnologia. Universidade de Algarve - Portugal).

cultivo estava inserido. Para auxiliar na flutuabilidade a garrafa foi preenchida em 90%

com água do meio ambiente. Esta se deslocava, então, com velocidade similar as correntes de água nas localidades dos cultivos (Figura 9).

Figura 9 – Medição dos valores de velocidade de corrente utilizando uma garrafa plástica.

Como relatado anteriormente, ainda não há padrões de circulação das águas bem definidos para as enseadas rasas do estuário da Lagoa dos Patos, além de já haver alguns trabalhos de Monteiro et al. (2005) e Giordano et al. (2006), que estudaram os padrões de circulação para as enseadas do Saco da Mangueira e do Saco do Arraial, respectivamente.

No entanto, faltam informações que forneçam características hidrográficas de outras enseadas deste estuário. Desta forma, foram realizadas medições de velocidade de corrente no ponto externo das regiões de estudo para observar a dinâmica dos corpos d’água em que os cultivos estavam inseridos.

8. ELABORAÇÃO DOS MODELOS

8.1 Modelo conceitual

Antes da construção do modelo numérico matemático é necessário e elucidativo a formulação prévia de um modelo conceitual, uma vez que a etapa de conceitualização do sistema é muito importante no processo de construção do modelo matemático (Valentin &

Guimarães 2004).

O primeiro passo para se construir um modelo de simulação, com as entidades e variáveis que regem o sistema em estudo, é a criação de um modelo teórico ou conceitual.

A utilização do modelo conceitual é considerada o primeiro passo para visualizar as principais variáveis que vão compor os modelos, funcionando, assim, como uma simplificação do sistema que se está analisando. É uma descrição estrutural e funcional do sistema em estudo, baseado no seu conhecimento teórico e empírico preexistentes (Bonilha 1996). O modelo conceitual representa, desta forma, a estrutura de um modelo de simulação (Teixeira da Silva & Asmus 2001). Esta abordagem permite que o pesquisador formule uma hipótese de como o sistema está organizado estruturalmente e funcionalmente (Hall & Day 1977 apud Jamu & Piedrahita 2002b). Trata-se de um sistema hipotético que permite ao pesquisador descrever claramente os elementos do sistema (Sandifer & Hopkins 1996).

Os modelos conceituais contêm informações que podem ser representadas por meio de diagramas simbólicos, geralmente flechas e caixas que representam, respectivamente, os fluxos e a estrutura do sistema, esta extensão do modelo conceitual possibilita a caracterização do sistema através de uma visão integrada, dinâmica e simultânea de todos os processos operantes no sistema em estudo (Bonilha 1996).

A grande maioria dos trabalhos com modelagem na aqüicultura utilizam os modelos conceituais como base e introdução para o estudo dos sistemas (Lorenzen et al. 1997, Nielsen et al. 1999, Gomez-Galindo 2000, Jamu & Piedrahita 2002a, Jiménez-Montealegre et al. 2002, Burford & Lorenzen 2004, Islam 2005).

Um modelo conceitual foi elaborado neste trabalho baseado na linguagem de Odum (1983) (Figura 21). Os modelos conceituais construidos descrevem sucintamente o sistema em estudo, como uma forma de elucidar os principais processos envolvidos no acúmulo e liberação de nitrogênio em um sistema de cultivo semi-intensivo de camarões. O modelo conceitual foi construído representando os processos de consumo e produção de nitrogênio que ocorrem no sistema de cultivo do tipo cercado durante as entradas, passagens e saídas do nitrogênio na coluna d’água.

Figura 21 – Diagrama conceitual de um modelo da dinâmica do nitrogênio em um sistema semi-intensivo de cultivo do tipo cercados, representando a entrada de nitrogênio no sistema, passagens, transformações e saídas.

O modelo conceitual representa a dinâmica do nitrogênio em um sistema de produção semi-intensivo de camarões em estruturas de cultivo do tipo cercados, em enseadas rasas, no estuário da Lagoa dos Patos. A estrutura conceitual do modelo inclui o alimento e as fontes naturais, como fontes externas ilimitadas, sendo considerados, assim.

funções motrizes do sistema. O alimento fornecido aos camarões no sistema de cultivo é fonte direta da quantidade de nitrogênio que é lançado no sistema. O nitrogênio pode ser absorvido e assimilado pelos organismos e ser convertido em peso e biomassa a ser despescada, ou pode ser perdido para o sistema na forma de fezes, excretas ou não ser consumido ocasionando perdas diretas ao meio ambiente aquático em que o cultivo está inserido, além de ser inserido ao ambiente via fontes naturais. Os fluxos ou interações entre os componentes do sistema são conhecidas como funções de transferência e são os processos de assimilação, produção de fezes, excreção, a não ingestão do alimento e as entradas de fontes naturais, respectivamente. O nitrogênio que é liberado para o meio ambiente aquático sob diferentes formas, e que na estrutura conceitual do modelo é

representado pelas variáveis do sistema, acaba se acumulando no meio. Neste sentido, o acúmulo do nitrogênio acaba tendo uma relação direta com o número de cercados que vai ser implantado em determinada área. O número de unidades de produção é considerado, assim, um controle externo do sistema. A diluição que pode ser considerado um controle deste acúmulo de nitrogênio é um processo que depende da taxa de renovação que por sua vez é regido pela velocidade da correntes e influência da panagem da malha e do seu estado de colmatação. Estas constantes que regem e servem de base para definir o processo

“diluição” são denominados, por Odum (1983), de parâmetros.

8.2 Modelo numérico

O modelo numérico foi elaborado utilizando a ferramenta computacional STELLA^TM, versão 9.0.1 isee systems (2005). Este programa é baseado na teoria de sistemas de Von Bertalanffy (1968). STELLA^TM é o acrônimo para “Structural Thinking Experimental Learning Laboratory with Animation” (Richmond 2005). Este software de modelagem se caracteriza por realizar um processo de programação gráfica que utiliza ícones para descrever as variáveis do sistema em estudo. Através do arranjo destes pode-se analisar o comportamento dinâmico do sistema (Hannon & Ruth 1997).

No modo mapa, o programa STELLA^TM possibilita a pesquisa com os diagramas de fluxo, permitindo uma descrição semiquantitativa do sistema, isto é, sem a necessidade de definir valores iniciais para os taxas e níveis. Este trabalho com mapas de taxas e níveis pode ser definido como “encanamento essencial do sistema”. No modelo modelagem a ferramenta apresenta sua face quantitativa, descrevendo o sistema de forma numérica.

A representação gráfica dos principais elementos, presentes em um diagrama de blocos construído pelo uso dessa ferramenta, inclui estoques , fluxos , conversores e conectores . Os estoques são representados pelo símbolo caixa, cujo valor inicial pode crescer e decrescer de acordo com o fluxo de entrada e saída de uma ou mais variáveis que o influenciam. Eles modelam quantidades de matéria ou energia, como, por exemplo, a quantidade de nitrogênio total contido em uma estrutura de cultivo em um determinado

capazes de modelar o escorrimento de uma determinada quantidade de energia ou matéria por unidade de tempo para dentro ou para fora dos estoques, como, por exemplo, o nitrogênio perdido pelo alimento não consumido. Os conectores são artifícios utilizados pela ferramenta de modelagem para modelar fluxos de informação entre os componentes anteriores. Estes são úteis para a modelagem de retroalimentações como, por exemplo, compostos nitrogenados que voltam ao meio de cultivo após saírem do sistema. Já os conversores são símbolos, em forma de círculo, que representam quantidades constantes ou obtidas de outras quantidades, como, por exemplo, o volume de um corpo d’água.

A ferramenta STELLA^TM com sua respectiva metáfora pode representar modelos que são desenvolvidos para possibilitar a percepção do todo.

8.3 Seqüência de construção do modelo numérico

O modelo construído através desta ferramenta computacional retrata o fluxo do nitrogênio no meio aquático através da interação cercado e meio ambiente aquático. As informações utilizadas para simular o modelo foram obtidas a partir da bibliografia referente a camarão branco do pacífico (Litopeneus vannamei Bonne, 1931) e dos ajustes que já foram feitas no trabalho de Poersch (2004) para a espécie em estudo (F. paulensis).

A determinação teórica da liberação de nitrogênio do cultivo de camarões em cercados foi realizada com base nas taxas de alimentação, no crescimento dos indivíduos cultivados e nos dados de qualidade de água que refletem as fontes de nitrogênio do alimento não consumido, da excreção e das fezes.

Desta forma, foi assumido que:

Ñ 1Kg de camarão possui 178,5g de proteína, o que representa 28,56g de nitrogênio (Boyd & Teichert-Coddington 1995);

Ñ o percentual de nitrogênio presente na proteína é 16 (Jones 1931 apud Lourenço et al. 2002);